Macerado Malta

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AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE MACERADO DE LA MALTA PARA LA
PRODUCCIÓN DE CERVEZA ARTESANAL
Article · June 2018
DOI: 10.36790/epistemus.v12i24.68
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Victor Hugo Benitez Baltazar
Universidad de Sonora (Unison)
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EPISTEMUS
ISSN: 2007-8196 (electrónico)
ISSN: 2007-4530 (impresa)
Victor Hugo Benitez Baltazar 1
Cristian Omar Morales Rivas 1
AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE MACERADO DE LA MALTA 
PARA LA PRODUCCIÓN DE CERVEZA ARTESANAL
Automation of the maceration process of the malt
for the production of craft beer
Recibido: 14 de marzo de 2017 
Aceptado: 30 de mayo de 2018
Autor de Correspondencia:
Dr. Victor Hugo Benitez Baltazar
Correo: vbnitez@industrial.uson.mx
Resumen
En este trabajo se presenta el diseño de un prototipo funcional que 
realizará la maceración de la malta de forma automatizada, el cual es un 
proceso muy importante en la producción de cerveza artesanal, dicho 
proyecto incluye el desarrollo de los códigos de programación de cada uno de 
los microcontroladores utilizados, la elaboración física del sistema, así como la 
comunicación y monitoreo a través del computador.
Palabras clave: Monitoreo, automatización, cerveza artesanal.
Abstract
This paper presents the design of a functional prototype that will perform 
the automation of the maceration process of the malt, which is a very important 
process in the production of craft beer, this project includes the development of 
the programming codes of each of the micro controllers Implemented, the physical 
elaboration of the system, as well as the communication and monitoring through 
the computer.
Keywords: Monitoring, automation, craft beer.
DESDE LA ACADEMIA
1 Universidad de Sonora / Departamento de Ingeniería Industrial / Ingeniería Mecatrónica / vbnitez@industrial.uson.mx
53EPISTEMUS: www.epistemus.uson.mx 
INTRODUCCIÓN
Se denomina cerveza a una bebida alcohólica, no 
destilada, de sabor amargo que se fabrica con granos de 
cebada u otros cereales cuyo almidón, una vez modificado, 
es fermentado en agua, previamente aromatizado con 
lúpulo. De ella se conocen múltiples variantes con una 
amplia gama de matices debidos a las diferentes formas 
de elaboración y a los ingredientes utilizados, su aspecto 
puede ser cristalino o turbio, además su graduación 
alcohólica se encuentra generalmente entre los 3% y los 
9% vol.
 
Toda cerveza se elabora con cuatro elementos básicos: 
cebada, agua, lúpulo y levadura. La diferencia principal 
entre la cerveza industrial y la artesanal se encuentra en 
las proporciones, en el tratamiento de la materia prima 
y en el proceso de elaboración. Las cervezas artesanales 
no utilizan ningún aditivo artificial, el proceso de 
elaboración es manual desde el molido de las maltas hasta 
el embotellamiento. La cerveza artesanal tiene su propio 
maestro cervecero y su propio tiempo para la elaboración. 
El maestro cervecero se informa acerca de los ingredientes 
y en cómo ir creando cada formula, es más tiempo y 
dedicación, por eso se puede encontrar una gran variedad 
de sabores o estilos en cada marca cervecera, y esto es lo 
que la diferencia de los demás productos del mercado. 
Es por esta razón que la cerveza artesanal tiene un costo 
más elevado que la comercial. En esta proyecto se diseñó 
un sistema automático de macerado, el cual es una de las 
fases del proceso de producción de la cerveza y sirve para 
tener un mayor control del proceso de producción, claro 
estás, sin dejar de lado que es un proceso artesanal y en 
esto se encuentra el valor agregado del producto.
PRELIMINARES
El proceso de maceración es un proceso de extracción 
entre materias de diferentes estados físicos de sólido-
líquido, en el cual los compuestos químicos de interés 
se encuentran en el material sólido; ya que estos poseen 
solubilidad, se usa un líquido que permita su extracción. 
En el proceso de macerado se encuentran diferentes 
factores y variables a controlar, los métodos utilizados 
en la producción de cerveza artesanal actualmente en la 
región no son los más precisos para el control de la calidad 
del producto, ya que los sistemas implementados en su 
mayoría son manuales y con grandes rangos de operación 
dado el bajo dominio de las variables a controlar, las más 
importantes durante el proceso son los niveles del pH del 
agua así como el tiempo y temperatura del grano en la 
maceración ya que éstos ayudan a obtener las enzimas 
que se requieren dependiendo el tipo de cerveza que se 
busque obtener. 
Las enzimas son proteínas complejas que sirven a 
manera de catalizadores, induciendo reacciones entre 
sustancias, estas son activadas o desactivadas bajo ciertas 
condiciones, de ello surge la importancia de controlar las 
variables anteriormente mencionadas.
La tabla 1 muestra los rangos óptimos de temperatura 
que activan las diferentes enzimas del proceso de 
producción de cerveza [1].
Tabla1. Rangos para activación de enzimas específicas.
Enzima
RangoOptimo 
Temperatura
Rango 
Optimo 
PH
Función
Fitasa 30 – 52°C 4.4 – 5.5
Baja el pH del 
Mosto.
Beta 
Glucanasa
36 – 45°C 4.5 – 5.0
Reduce la 
viscosidad del 
mosto, y mejora 
la clarificación.
Peptidasa 46 – 57°C 4.6 – 5.2
Produce Amino 
Nitrógeno Libre 
(FAN), que es 
esencial para 
la levadura y la 
fermentación.
Proteasa 46 – 57°C 4.6 – 5.2
Rompe proteínas 
grandes y reduce 
la turbiedad.
Beta 
Amilasa
54 – 65°C 5.0 – 5.6
Produce azucares 
de corta cadena, 
altamente 
fermentables.
Alpha 
Amilasa
68 – 75°C 5.3 – 5.8
Produce 
azucares de larga 
cadena, poco 
fermentables, 
que agregan 
cuerpo a la 
cerveza.
Es importante comprender que las enzimas funcionan 
desde temperaturas por debajo y por arriba del rango 
EPISTEMUS54 Victor Hugo Benitez Baltazar et al.: UNISON / EPISTEMUS 23 / Año 12/ 2018/ pág.: 53-61
descrito, y que su destrucción toma tiempo, por lo que 
es posible activar varias enzimas en diferentes puntos de 
temperatura.
De especial interés es la activación de la Beta-Amilasa 
para producir azucares fermentables que producen 
alcohol en el proceso de fermentación, y en la activación 
de la Alpha-Amilasa para producir azucares de cadena 
larga (dextrinas), que producen la sensación de cuerpo 
en la cerveza, por lo cual se optó por macerar a una sola 
temperatura de 67 °C, manteniendo un pH entre 5.8 
durante 60 minutos, lo que permite obtener tanto azucares 
fermentables, cómo dextrinas, lo cual se observa en la 
figura 1, la cual que muestra la actividad de ambas enzimas 
y su punto de traslape máximo a 67°C [1].
Figura 1. Enzimas activas en una hora bajo las 
condiciones específicas.
Usar estas condiciones da como resultado cervezas 
de  menor contenido de alcohol, más dulces y de mayor 
cuerpo.
METODOLOGÍA
Como se mencionó anteriormente lo que se busca 
en este proyecto es desarrollar un sistema que controle 
variables específicas como lo son el valor de pH, los 
niveles de fluido recipientes y la temperatura, esto permite 
plantear el problema y a su vez permite visualizar de manera 
esquemática cada uno de los elementos que conforman 
el sistema, así como determinar los componentes que se 
implementaron para cumplir con el objetivo, dadas las 
especificaciones que debe de tener este sistema
Se tomó la decisión de implementar 3 recipientes 
cada uno con un propósito específico, el primero al que 
nombramos recipiente 1, tiene la función de almacenar el 
agua ya tratada químicamente con un nivel de PH especifico 
actuando a su vez como retroalimentación de la fuente 
proveedora del líquido donde se estará monitoreando el 
pH realizando lecturas con un sensor; si las lecturas arrojan 
datos dentro del rango deseado se mandara una señal para 
activar una bomba que moverá el fluido hacia el recipiente 
2, en caso de que no se cumpla la condición y el agua se 
encuentre fuera de los límites permitidos se mandara una 
señal a otra bomba que regresara el líquido a la parte inicial 
del proceso químico, la función del segundo recipiente fue 
almacenar el agua ya con el pH requerido a la espera de 
que se le indique que este fluido pasara al recipiente 3 en 
donde se realizó el calentamiento quedando el diagrama 
de siguiente manera:
Figura 2. Diagrama del sistema.
EPISTEMUS 55Victor Hugo Benitez Baltazar et al.: Automatización del proceso de macerado de la... 
MÉTODO DE TRABAJO
Al requerirse monitorear 3 variables utilizamos un 
tipo de sensor específico para cada una de las magnitudes 
físicas de las cuales queremos tomar lecturas. En el caso 
del pH utilizamos pH Probe de Atlas scientific [6], utilizando 
su módulo de comunicación I2C para el intercambio de 
información con la PC. Para el caso del nivel empleamos 
sensores ultrasónicos modelo HC-SR04, modelo que 
nos arroja como valor la longitud del sensor al fondo del 
recipiente, la cual fue multiplicada por el área de la base 
del recipiente para obtener el volumen. Finalmente para 
la temperatura utilizamos el sensor analógico lm35 en una 
versión cubierta de acero inoxidable lo que nos permitió 
sumergirlo en el fluido y estar en contacto directamente 
con el producto, estas lecturas se realizaron gracias a la 
programación utilizando el compilador llamado MikroC 
en su versión PRO, lo cual nos permitió programar los 
microcontroladores a los cuales también se les suministro 
la lógica necesaria para hacer conmutar diferentes 
salidas bajo especificas condiciones y realizar las tareas 
otorgadas, los microcontroladores empleados son el PIC 
16F84A y el PIC 16F877A y el software para la simulación 
de los circuitos utilizado fue Proteus 8 profesional, para la 
etapa de la potencia se utilizaron módulos de relevadores 
capaces de soportar tenciones de 220v y 10 A de corriente 
alterna con una tensión de 5v de corriente directa para 
conmutar el solenoide interno, además un circuito para el 
control de la energía suministrada a una parrilla eléctrica 
utilizada como fuente de calor con una potencia de 700W; 
las bombas actuadoras para el traspaso del fluido fueron 
2 bombas sumergibles marca jof, modelo BA-180 con una 
capacidad de 1000lt/hora.
 
MONITOREO DEL PH
El valor del PH optimo lo definimos anteriormente 
entre 5 y 5.8, en este caso el valor que usamos es 5.7 (“g” 
en formato ASCII) debido a que el sensor solo trasmite en 
ese formato.
El monitoreo lo realizamos con el sensor de pH de Atlas 
Scientific el cual trasmitió la información de las lecturas 
a la PC a través del puerto serial con el protocolo de 
comunicación I2C, los datos fueron enviados en formato 
ASCII y recibidos para su lectura mediante una interfaz de 
usuario codificada en Visual Basic (figura 3), la interfaz fue la 
encargada de ir recopilando los valores de pH transmitidos 
por el sensor y los fue desplegando en la pantalla de la 
PC, posteriormente los datos son enviados a una base de 
datos alojados en Microsoft Excel, los valores enviados a 
Excel se encontraban en formato ASCII y esta base de 
datos fue programada para que se encargara de hacer la 
conversión a decimal para poder ser leídos con facilidad, se 
estableció la programación en VB tal que cuando el sensor 
le mande el valor de pH óptimo.
Figura 3. Monitoreo de PH .
En la caja de texto llamada valores de pH se despliegan 
los valores enviados por el sensor de pH. Los datos ASCII 
son separados unitariamente al llegar a la base de datos 
para posteriormente convertirlos a su valor decimal y 
poder visualizar el valor correspondiente (Figura 4).
Figura 4. Conversión ASCII a decimal.
CONTROL DE LOS NIVELES DE LOS TANQUES
Para esta etapa recurrimos a la implementación de los 
sensores HC-SR04, estos sensores son capaces de detectar 
objetos y calcular la distancia a la que se encuentra en un 
EPISTEMUS56 Victor Hugo Benitez Baltazar et al.: UNISON / EPISTEMUS 23 / Año 12/ 2018/ pág.: 53-61
rango de 2 a 450 cm. Este sensor fue elegido por presentar 
muchas ventajas para el proyecto en particular; es fácil 
de manipular e instalar por su pequeño factor de forma, 
su bajo consumo, gran precisión y bajo precio, el sensor 
funciona por ultrasonido y su uso consiste en enviar 
el pulso de arranque y medir la anchura del pulso de 
retorno, las características técnicas que nos ayudaron en la 
realización del código como en el diseño del circuito físico 
son las siguientes [2]:
 Dimensiones del circuito: 43 x 20 x 17 mm
 Tensión de alimentación: 5 Vcc
 Frecuencia de trabajo: 40 KHz
 Rango máximo: 4.5 m
 Rango mínimo: 1.7 cm
 Duración mínima del pulso de disparo 
(nivel TTL): 10 μS.
 Duración del pulso eco de salida (nivel 
TTL): 100-25000 μS.
 Tiempo mínimo de espera entre una 
medida y el inicio de otra 20 mS.
Pines de conexión:
VCC
Trig (Disparo del ultrasonido)
Echo (Recepción del ultrasonido)
GND
El control del sensor de ultrasonido se basa en medir el 
tiempo en el que se activa el pin conectado al Trig del sensor 
y definir como entrada el pin conectado el puerto Echo y 
tomar lectura del tiempo de respuestapara determinar la 
distancia utilizando la siguiente operación
Para la implementación de este proyecto utilizamos 2 
sensores uno para el recipiente 2 y el otro para el recipiente 
3 así como el uso de 2 microcontroladores el 16F84a y el 
16F877a respectivamente.
En el caso del recipiente 2 utilizamos un código 
donde se determina que si la distancia es mayor a 14 cm 
o igual se activará un nivel lógico de 1 por un puerto de el 
microcontrolador condicionado con una compuerta lógica 
AND con el 1 lógico enviado del PC. Si se encuentra el fluido 
en un pH válido, se activa la bomba del recipiente 1 al 2, 
pero cuando la distancia del líquido es menor o igual a los 
15 cm, se apaga el puerto que estaba encendido y activará 
otro el cual se encuentra condicionado a una compuerta 
lógica AND junto a una salida del otro microcontrolador que 
mantiene en alto un nivel lógico si el tanque 3 se encuentra 
entre el 0 y 100% de su capacidad. Si estas 2 condiciones 
se cumplen entonces se encenderá la bomba que llena el 
recipiente 3 y cuando este llegue al 100% desactivará uno 
de los niveles lógicos que van a la AND y desactivaáa la 
bomba pero, activará otro pin del 16F877a que iniciará el 
funcionamiento del control de la temperatura, para ilustrar 
de una manera más grafica el comportamiento deseado, se 
muestra a continuación los respectivos diagramas de flujo 
tanto para el sensor ultrasónico del recipiente 2 como el 3:
Figura 5. Diagrama de flujo sensor ultrasónico 
recipiente 2 .
EPISTEMUS 57Victor Hugo Benitez Baltazar et al.: Automatización del proceso de macerado de la... 
Figura 6. Diagrama de flujo sensor ultrasónico 
recipiente.
En la siguiente figura podemos observar las conexiones 
correspondientes y los elementos incorporados al circuito 
del sensor ultrasónico del recipiente 2
Figura 7. Simulación sensor ultrasónico con el PIC 
16F84a.
El montaje físico de los sensores ultrasónicos requirió 
que fueran aislados del posible contacto con el agua, 
realizando la distribución del cableado en el interior de 
tubos de pvc al igual que el sensor de temperatura, los 
circuitos fueron montados y sujetos por medio de soldadura 
de estaño en placas fenólicas perforadas realizando al 
cableado y conexiones correspondientes como se mostró 
en la simulación. Para este circuito configuramos el PIC 
16f84a con un cristal de cuarzo de 4MHz y 2 capacitores 
a tierra y colocamos un LED para cada salida y poder 
visualizar las conmutaciones de las salidas que van a las 
compuertas lógicas AND 74LS04 que permite la activación 
de las bombas una vez cumplidas las condiciones lógicas 
anteriormente mencionadas
Figura 8. Montaje físico del sensor ultrasónico con el PIC 
16F84a.
Figura 9. Montaje físico sensor ultrasónico y sensor de 
temperatura.
A continuación, se muestra la simulación del circuito del 
sensor ultrasónico para el PIC 16F877a y posteriormente se 
puede visualizar el montaje físico y operación de el mismo.
EPISTEMUS58 Victor Hugo Benitez Baltazar et al.: UNISON / EPISTEMUS 23 / Año 12/ 2018/ pág.: 53-61
Figura 10. Diagrama de conexión del sensor de ultrasonido.
Figura 11. Montaje físico del sensor ultrasónico con el PC 16F877a.
Control de temperatura
Una vez terminado el llenado de los tanques y dada la condición 
para el inicio del control de la temperatura, el mismo 1 lógico que 
inicia el proceso, activa la parrilla eléctrica por medio de otro 
relevador, iniciando a su vez la señal medida por el sensor lm35, 
donde cada grado Celsius equivale a 10 mV [3], por lo tanto puede 
ser interpretada y obtenida una lectura precisa de la temperatura 
actual por medio de un pin definido como una entrada analógica en 
los registros del código para disminuir el error entre el valor deseado 
y el valor real, este control se logra empleando uno de los puertos 
configurables como pwm con los que cuenta el PIC 16F877a [4], cuya 
señal controla el disparo del triac y así controla la potencia consumida 
por la parrilla y lograr una vez alcanzada la estabilidad del sistema 
una temperatura estable igual al set point indicado, como se muestra 
en el siguiente diagrama de bloques:
Figura 12. Diagrama de bloques del sistema de control de la 
temperatura.
EPISTEMUS 59Victor Hugo Benitez Baltazar et al.: Automatización del proceso de macerado de la... 
A continuación, se incluye la figura con la simulación del circuito 
controlador de la temperatura para el recipiente 3 donde se realiza el 
macerado:
 
Figura 13. Simulación del control de temperatura con el PIC 
16F877.
En la simulación se puede apreciar las conexiones y componentes 
que intervienen en el circuito lógico cuya salida del puerto ccp1 
se conecta a un opto acoplador como se observa en el circuito de 
potencia empleado visible en la siguiente imagen [5]: 
Figura 14. Circuito de potencia para parrilla eléctrica.
A continuación, se muestra los valores reales mostrados en una 
lcd del montaje físico del circuito
EPISTEMUS60 Victor Hugo Benitez Baltazar et al.: UNISON / EPISTEMUS 23 / Año 12/ 2018/ pág.: 53-61
Figura 15. Montaje físico del control de temperatura con 
el PIC 16F877
Comunicación con la PC e interfaz grafica
Figura 16. Interfaz grafica
La interfaz diseñada para el proyecto se encarga de 
tres funciones principales:
Encendido/apagado del sistema
Monitoreo y recopilación de los valores enviados por 
el sensor de pH.
Control del pH del primer recipiente, si el pH no es el 
adecuado regresa el contenido a la parte inicial del 
proyecto, de lo contrario procede a activar una bomba 
que envía el contenido al recipiente número 2. 
Figura 17. Diagrama de flujo del control por medio del 
computador.
CONCLUSIONES
Se logró completar la construcción de un prototipo 
como se puede apreciar en la figura 18, el cual cumple con 
las características y funciones para lo cual fue diseñado, 
dejando abierta la posibilidad de hacer mejoras al sistema 
como aumentar las instrucciones manipuladas desde 
la computadora, además anexar más de los procesos 
necesarios para la producción de cerveza y utilizarse a una 
producción mayor modificando la etapa de potencia de 
acuerdo a las necesidades 
Figura 18. Prototipo puesto en operación. 
BIBLIOGRAFÍA
[1] Juan José García Ornelas, ´´Las Temperaturas de Maceración, 
Ciencia y Arte´´. En línea, publicado el 2 de julio de 2013 
en: http://brewmasters.com.mx/las-temperaturas-de-
maceracion-ciencia-y-arte/
[2] Kevin Soria, ´´HC-SR04 Sensor Ultrasónico´´. En línea, 
publicado el 17 de septiembre del 2013 en: http://bkargado.
blogspot.mx/2013/09/todosobrehc-sr04.html
[3] Raúl González, ´´El Sensor de Temperatura LM35´´.En línea, 
Publicado el 26 de octubre del 2009 en: http://pcexpertos.
com/2009/10/el-sensor-de-temperatura-lm35.html
[4] Sergio Castaño, ´´17. Control PID con micro controlador PIC´´. 
En línea, publicado el 15 de febrero del 2016 en: http://
controlautomaticoeducacion.com/17-control-pid-con-
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[5] Jonny Cristhian Otero Baca, ´´Control de Potencia en AC con 
triac y micro controlador PIC 16F628A´´.En línea, publicado 
el 3 de febrero del 2014 en: http://voltiosybytes.blogspot.
mx/2014/02/control-de-potencia-en-ac-con-triac-y.html
[6] https://www.atlas-scientific.com/product_pages/probes/
ph_probe.html, publicado el 20/07/2017
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